本文详细介绍了C++ STL中的stack和queue的使用及模拟实现，探讨了它们的底层结构，特别是选择了deque作为默认容器的原因。同时，也讨论了priority_queue的使用和模拟实现，强调了在自定义类型中重载比较操作符的重要性。
目录
一、stack的使用
二、stack的模拟实现
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<vector>
#include<list>
//适配器模式
namespace sk
{
template <class T, class Container = deque<T>>
class stack
{
public:
bool empty()const
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_back();
}
const T& top()const
{
return _con.back();
}
private:
Container _con;
};
void stack_test()
{
stack<int> st;
st.push(1);
st.push(2);
st.push(3);
st.push(4);
while (!st.empty())
{
cout << st.top() << " ";
st.pop();
}
cout << endl;
}
}
三、queue的使用
四、queue的模拟实现
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<vector>
#include<list>
namespace sk
{
template <class T, class Container = deque<T>>
class queue
{
public:
bool empty()const
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
}
void pop()
{
_con.pop_front();
}
const T& front()const
{
return _con.front();
}
const T& back()const
{
return _con.back();
}
private:
Container _con;
};
void queue_test()
{
queue<int> q;
q.push(1);
q.push(2);
q.push(3);
q.push(4);
while (!q.empty())
{
cout << q.front() << " ";
q.pop();
}
cout << endl;
}
}
五、priority_queue的使用
| 函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| priority_queue()/priority_queue(first,last) | 构造一个空的优先级队列 |
| empty( ) | 检测优先级队列是否为空，是返回true，否则返回false |
| top( ) | 返回优先级队列中最大(最小元素)，即堆顶元素 |
| push(x) | 在优先级队列中插入元素x |
| pop() | 删除优先级队列中最大(最小)元素，即堆顶元素 |
【注意】
- 默认情况下，priority_queue是大堆。
示例代码：
#include <vector>
#include <queue>
#include <functional> // greater算法的头文件
void TestPriorityQueue()
{
// 默认情况下，创建的是大堆，其底层按照小于号比较
vector<int> v{3,2,7,6,0,4,1,9,8,5};
priority_queue<int> q1;
for (auto& e : v)
q1.push(e);
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，将第三个模板参数换成greater比较方式
priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> q2(v.begin(), v.end());
cout << q2.top() << endl;
}
- 如果在priority_queue中放自定义类型的数据，用户需要在自定义类型中提供> 或者< 的重载。
示例代码：
class Date
{
public:
Date(int year = 1900, int month = 1, int day = 1)
: _year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{}
bool operator<(const Date& d)const
{
return (_year < d._year) ||
(_year == d._year && _month < d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day < d._day);
}
bool operator>(const Date& d)const
{
return (_year > d._year) ||
(_year == d._year && _month > d._month) ||
(_year == d._year && _month == d._month && _day > d._day);
}
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Date& d)
{
_cout << d._year << "-" << d._month << "-" << d._day;
return _cout;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
void TestPriorityQueue()
{
// 大堆，需要用户在自定义类型中提供<的重载
priority_queue<Date> q1;
q1.push(Date(2018, 10, 29));
q1.push(Date(2018, 10, 28));
q1.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q1.top() << endl;
// 如果要创建小堆，需要用户提供>的重载
priority_queue<Date, vector<Date>, greater<Date>> q2;
q2.push(Date(2018, 10, 29));
q2.push(Date(2018, 10, 28));
q2.push(Date(2018, 10, 30));
cout << q2.top() << endl;
}
六、priority_queue的模拟实现
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace sk
{
//仿函数
template <class T>
struct lesser
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x < y;
}
};
template <class T>
struct greater
{
bool operator()(const T& x, const T& y)
{
return x > y;
}
};
//特化
template <>
struct lesser<char>
{
bool operator()(const char& x, const char& y)
{
return x > y;
}
};
template<class T, class Container = vector<T>, class Compare = lesser<T>>
class priority_queue
{
Compare com;
void adjust_up(size_t child)
{
size_t parent = (child - 1) / 2;
while (child > 0)
{
if (com(_con[parent] , _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
child = parent;
parent = (child - 1) / 2 ;
}
else
{
break;
}
}
}
void adjust_down(size_t parent)
{
size_t child = parent * 2 + 1;
while (child < _con.size())
{
if (child + 1 < _con.size() && com(_con[child] , _con[child + 1]))
{
child++;
}
if (com(_con[parent] , _con[child]))
{
swap(_con[parent], _con[child]);
parent = child;
child = parent * 2 + 1;
}
else
{
break;
}
}
}
public:
priority_queue()
{}
template<class Inputiterator>
priority_queue(Inputiterator first, Inputiterator last)
:_con(first, last)
{
//建堆
for (int i = (_con.size() - 1 - 1) / 2; i >= 0; i--)
{
adjust_down(i);
}
}
void push(const T& val)
{
_con.push_back(val);
size_t child = _con.size() - 1;
adjust_up(child);
}
void pop()
{
assert(!empty());
swap(_con.front(), _con.back());
_con.pop_back();
adjust_down(0);
}
const T& top()const
{
return _con.front();
}
bool empty()const
{
return _con.empty();
}
size_t size()const
{
return _con.size();
}
private:
Container _con;
};
void priority_queue_test1()
{
//priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;//小堆
std::vector<int> v = { 8,1,5,9,7,4,1,3,5,48,65,6,4,5 };
priority_queue<int> pq(v.begin(), v.end());//默认大堆
pq.push(1);
pq.push(3);
pq.push(4);
pq.push(5);
pq.push(2);
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
}
void priority_queue_test2()
{
//priority_queue<int, vector<int>, greater<int>> pq;//小堆
std::vector<char> v = { 'a','f','d','v' };
priority_queue<char> pq(v.begin(), v.end());//默认大堆
pq.push('q');
pq.push('w');
pq.push('e');
pq.push('r');
pq.push('t');
while (!pq.empty())
{
cout << pq.top() << " ";
pq.pop();
}
cout << endl;
}
}
七、容器适配器
7.1 什么是适配器
适配器是一种设计模式(设计模式是一套被反复使用的、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计经验的总结)，该种模式是将一个类的接口转换成客户希望的另外一个接口.
7.2 STL标准库中stack和queue的底层结构
虽然stack和queue中也可以存放元素，但在STL中并没有将其划分在容器的行列，而是将其称为容器适配器，这是因为stack和队列只是对其他容器的接口进行了包装，STL中stack和queue默认使用deque，比如：
7.3 deque的简单介绍
7.3.1 deque的原理介绍
deque(双端队列)：是一种双开口的"连续"空间的数据结构，双开口的含义是：可以在头尾两端进行插入和删除操作，且时间复杂度为O(1)，与vector比较，头插效率高，不需要搬移元素；与list比较，空间利用率比较高。
deque并不是真正连续的空间，而是由一段段连续的小空间拼接而成的，实际deque类似于一个动态的二维数组。
双端队列底层是一段假象的连续空间，实际是分段连续的，为了维护其“整体连续”以及随机访问的假象，落在了deque的迭代器身上。因此deque的迭代器设计就比较复杂。
7.3.2 deque的缺陷
与vector比较，deque的优势是：头部插入和删除时，不需要搬移元素，效率特别高，而且在扩容时，也不需要搬移大量的元素，因此其效率是必vector高的。
与list比较，其底层是连续空间，空间利用率比较高，不需要存储额外字段。
但是，deque有一个致命缺陷：不适合遍历，因为在遍历时，deque的迭代器要频繁的去检测其是否移动到某段小空间的边界，导致效率低下，而序列式场景中，可能需要经常遍历，因此在实际中，需要线性结构时，大多数情况下优先考虑vector和list，deque的应用并不多，而目前能看到的一个应用就是，STL用其作为stack和queue的底层数据结构。
7.4 为什么选择deque作为stack和queue的底层默认容器
stack是一种后进先出的特殊线性数据结构，因此只要具有push_back()和pop_back()操作的线性结构，都可以作为stack的底层容器，比如vector和list都可以；queue是先进先出的特殊线性数据结构，只要具有push_back和pop_front操作的线性结构，都可以作为queue的底层容器，比如list。但是STL中对stack和
queue默认选择deque作为其底层容器，主要是因为：
- stack和queue不需要遍历(因此stack和queue没有迭代器)，只需要在固定的一端或者两端进行操作。
- 在stack中元素增长时，deque比vector的效率高(扩容时不需要搬移大量数据)；queue中的元素增长时，deque不仅效率高，而且内存使用率高。
结合了deque的优点，而完美的避开了其缺陷。
扫一扫
2388
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
